仪器分析(含奥验) 《仪器分析实验》 实验49核磁共振液谱法 N Nuclear we Magnetic Resonance For Short:NMR 化学史發教学示戒中小 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 《仪器分析实验》 实验49 核磁共振波谱法 Nuclear Magnetic Resonance For Short:NMR 仪器分析(含实验)
核磁共振波谱法 一、NMR三要素 二、NMR的基本信息及NMR谱图解析 三、NMR谱仪结构 四、NMR实验操作步骤 化学实验教学示范中心 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 核磁共振波谱法 一、NMR三要素 二、NMR的基本信息及NMR谱图解析 三、NMR谱仪结构 四、NMR实验操作步骤
NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 磁性原子核:质子数或中子数为奇数的原子核具有自 旋角动量,当原子核自旋时,相当于核表面的正电荷在 运动,运动的电荷即电流会感应产生磁场,因此, 每一个自旋的原子核相当于一个磁偶极子,自旋的原 子核也称为磁性核。例如L,13C,19F等。 current) spinning proton loop of current bar magnet 三> 化学史發数学示戒中 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 1. 磁性原子核:质子数或中子数为奇数的原子核具有自 旋角动量, 当原子核自旋时,相当于核表面的正电荷在 运动,运动的电荷即电流会感应产生磁场,因此, 每一个自旋的原子核相当于一个磁偶极子,自旋的原 子核也称为磁性核。例如1H, 13C, 19F等。 =>
一NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 2. 静磁场:没有外加静磁场时,原子核的自旋是任意取 向的,样品的宏观磁矩为零。当把含磁性核的样品 放入静磁场时,对于自旋1=1/2的原子核,核自旋有 两种取向:一种与外加静磁场平行,原子核的能量 降低;另一种与外加静磁场反平行,原子核的能量 升高,即原子核产生能级分裂。 S (Bspin d higher enengy twist ①ap B S N Bo B Z lower cnergy H incrcases No Field Magnetic Field spinsinal dtions N spins aligned with no energy difference or against field lower energy higher energy more stable less stable 化学实验教学示范中心 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 2. 静磁场:没有外加静磁场时,原子核的自旋是任意取 向的,样品的宏观磁矩为零。当把含磁性核的样品 放入静磁场时,对于自旋I=1/2的原子核,核自旋有 两种取向:一种与外加静磁场平行,原子核的能量 降低;另一种与外加静磁场反平行,原子核的能量 升高,即原子核产生能级分裂
一NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 3.射频场:如果在垂直于外加静磁场的方向加一射频场, 当射频场的角频率满足△E=v=yB,时,原子核产生共 振吸收信号,其中h为Planck常数,Y为原子核的旋磁 比、B。为外加静磁场的强度。 N.mr tube with sample dE=hv compound in the magnetic energy level resonance signal field Bo diagram Figure 1 The formation of an n.m.r.signal 化学史發教学示戒中小 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 3. 射频场: 如果在垂直于外加静磁场的方向加一射频场, 当射频场的角频率满足 时,原子核产生共 振吸收信号,其中 为Planck常数, 为原子核的旋磁 比、 为外加静磁场的强度。 = = E h B 0 B0 h
几种核的NMR频率表 自然 灵敏度 场强(T)与NMR频率MHZ 核自旋丰度 相对 绝对 1.409 2.114 2.349 7.046 9.395 11.744 (%) H 1/2 99.98 1.00 1.00 60.000100.000200.000300.000400.000500.000 6Li 7.42 8.5E-3 6.31E-4 8.829 14.716 29.43144.146 58.892 73.578 Li 3/2 92.58 0.29 0.27 23.318 38.863 77.727116.590155.454194.317 13C 1/2 1.1081.59E-2 1.76E-415.08725.144 50.28875.432 100.577125.721 27A1 5/2 100 0.21 0.21 15.634 26.05752.11478.172 104.29 130.28 29Si 1/2 4.907.84E-33.69E-4 11.919 19.865 39.73059.595 79.460 99.325 51V 7/299.76 0.38 0.38 15.77326.28952.57678.864105.152131.44 化学实验教学示范中心 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 几种核的NMR频率表 核 自旋 自然 丰度 (%) 灵敏度 场强(T)与NMR频率(MHz) 相对 绝对 1.409 2.114 2.349 7.046 9.395 11.744 1H 1/2 99.98 1.00 1.00 60.000 100.000 200.000300.000 400.000 500.000 6Li 1 7.42 8.5E-3 6.31E-4 8.829 14.716 29.431 44.146 58.892 73.578 7Li 3/2 92.58 0.29 0.27 23.318 38.863 77.727 116.590 155.454 194.317 13C 1/2 1.108 1.59E-21.76E-4 15.087 25.144 50.288 75.432 100.577 125.721 27Al 5/2 100 0.21 0.21 15.634 26.057 52.114 78.172 104.29 130.28 29Si 1/2 4.90 7.84E-33.69E-4 11.919 19.865 39.730 59.595 79.460 99.325 51V 7/2 99.76 0.38 0.38 15.773 26.289 52.576 78.864 105.152 131.44
Spin State Energy Differences vs.Magnetic Field Strength βspin state randomly oriented nuclei △E兰 △E兰 (no magnetic field) 200 MHz 400 MHz forH forH 个 a spin Energy state High Field NMR increased sensitivity 0 4.7 9.4 increased resolution Magnetic field strength,Bo(Tesla) 化学史發数学示范中 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 Spin State Energy Differences vs. Magnetic Field Strength 0 4.7 9.4 Energy Magnetic field strength, B0 (Tesla) E 200 MHz for 1H a spin state b spin state E 400 MHz for 1H High Field NMR • increased sensitivity • increased resolution randomly oriented nuclei (no magnetic field)
二NMR谱的基本信息 1.化学位移 2.自旋耦合 3. 谱线积分面积 F9-0-CH-6% -CH A proton NMR spectrum of a solution containing a simple organic compound,ethyl benzene.Each group of signals corresponds to protons in a different part of the molecufe. Figure 2H n.m.r.spectrum of ethyl formate 化学实验教学示范中心 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 二 NMR谱的基本信息 1. 化学位移 2. 自旋耦合 3. 谱线积分面积
l化学位移:Chemical Shift 个B 三 个Bocal B: a bare nucleus(H) electrons generate an electron density partially feels the full effect of induced field(B) shields the nucleus from the external field(Bo) which opposes Bo Bo so it“feels”"Blocal 化学史發教学示戒中 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 1 化学位移:Chemical Shift B0 Blocal a bare nucleus (H+ ) feels the full effect of the external field (B0 ) electron density partially shields the nucleusfrom B0 so it “feels” Blocal electrons generate an induced field (Bi ) which opposes B0 Bi
1化学位移:Chemical Shift 由于原子核外有电子屏蔽,原子核感受到的是所处环境局 域场的磁场强度B=B,1-o),其中C为屏蔽常数, 随着原子核所处的化学环境变化而变化.因此,当原子核所 处的化学环境不同时,原子核感受到的磁场强度不同,因 此共振频率不同,谱峰落在不同的位置上。换言之,原子 核的共振频率与原子核所处的化学环境有关,即与屏蔽常 数有关。 CHEMICAL SHIFT 1s Orbital Induced magnetic moment at the nucleus Induced current Figure 2.2 Shielding of a proton in a magnetic field 化学实验教学示范中心 日期:2006年11月
化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 1 化学位移:Chemical Shift 由于原子核外有电子屏蔽,原子核感受到的是所处环境局 域场的磁场强度 ,其中 为屏蔽常数, 随着原子核所处的化学环境变化而变化.因此,当原子核所 处的化学环境不同时,原子核感受到的磁场强度不同,因 此共振频率不同,谱峰落在不同的位置上。换言之,原子 核的共振频率与原子核所处的化学环境有关,即与屏蔽常 数有关。 ( ) 0 1 B B local = −